公共安全應急平臺中空間數(shù)據(jù)組織方法研究

張發(fā)順,郭邦梅,孟志軍,梁 勇

(1.山東農(nóng)業(yè)大學信息科學與工程學院,山東泰安271018;2.國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術研究中心,北京100097;3.中國測繪科學研究院,北京100039)

0 引 言

目前我國每年因突發(fā)公共事件造成的損失驚人。以“5.12”汶川8級大地震為例,大地震給四川及周邊地區(qū)帶來的經(jīng)濟損失高達5000億元。面對如此巨大的損失,我們除了加大地震預報方面的研究工作以外,同時也要建立應急平臺,提高突發(fā)公共事件的應急水平,只有這樣才能最大限度地減少損失。

公共安全應急平臺是公共安全應急體系的重要組成部分,具有很好的提取分析、預測模擬、預警發(fā)布、預案優(yōu)化、決策處置等系統(tǒng)功能,能為各級政府的高效應急提供強大支持[1]。

地理信息系統(tǒng)作為城市公共安全應急指揮軟件系統(tǒng)中的基礎支撐信息平臺,其基礎數(shù)據(jù)建設的缺與全、雜與專、簡與繁等方面的尺度必須把握恰當,否則可能造成需要的數(shù)據(jù)沒有建設或建設深度不夠、非關鍵性的數(shù)據(jù)建設過度,從而導致地理信息綜合指揮系統(tǒng)、乃至整個公共安全應急指揮系統(tǒng)無法發(fā)揮實戰(zhàn)效果或根本無法滿足專業(yè)使用需求。因此,迫切需要選擇優(yōu)質(zhì)合適的空間數(shù)據(jù)源用于數(shù)據(jù)庫。

在眾多數(shù)據(jù)源中,幾乎90%以上的數(shù)據(jù)都來自AutoCAD,但從空間地理信息系統(tǒng)的角度來看,CAD數(shù)據(jù)缺乏較強的對空間數(shù)據(jù)信息的描述和分析功能。而地理信息系統(tǒng)(GIS)卻在空間信息分析方面發(fā)揮著巨大的作用,能對已存在的空間數(shù)據(jù)進行建模、分析和管理。所以,為充分利用已有的數(shù)據(jù)資源,就必須有一個切實可行的處理方法,將已有的AutoCAD數(shù)字地形圖轉(zhuǎn)換為適用的Arc-GIS數(shù)據(jù),以便更高效地建立基礎地理信息數(shù)據(jù)庫,進一步建立公共安全應急平臺。從而提高ArcGIS的整體開發(fā)的效率,降低成本。基于以上原因,本文主要討論將CAD空間數(shù)據(jù)更好地轉(zhuǎn)換到ArcGIS的方法。

1 AutoCAD到ArcGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換存在的問題

國內(nèi)外很多學者在AutoCAD到ArcGIS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面做了很多研究,但是由于AutoCAD軟件在數(shù)據(jù)存儲、圖元定義、管理風格等方面不同于ArcGIS軟件,所以他們間的格式轉(zhuǎn)換依然存在很多問題。

1)要素丟失

有些AutoCAD數(shù)據(jù)元素ArcGIS不能接受,或者轉(zhuǎn)換前后數(shù)據(jù)的對應關系沒有處理好,有的內(nèi)容沒有轉(zhuǎn)換過來,轉(zhuǎn)換后就造成要素丟失。

2)要素變形

AutoCAD軟件中的圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義與ArcGIS軟件中的不一致(如CAD中的圓、弧等,在ArcGIS中可能變成多邊形、線)。

3)數(shù)據(jù)冗余

AutoCAD中數(shù)據(jù)分類分層不合適(如母線和符號沒區(qū)分好,符號也當作母線轉(zhuǎn)換過來),或一條線段上的點太多、太密,造成數(shù)據(jù)冗余。

4)屬性信息不足

AutoCAD數(shù)據(jù)屬性信息不完整,造成轉(zhuǎn)換后信息不足。

5)接邊不精確

AutoCAD圖形數(shù)據(jù)以圖幅的形式存在,而在ArcGIS中需要將這些圖幅整合為一幅圖,在整合的過程中就存在接邊不精確的問題,如道路、河流、房屋邊界等[2]。

2 CAD數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)與GIS數(shù)據(jù)的比較

ArcGIS與AutoCAD的共同特點是都有空間坐標,都能把目標和參考系統(tǒng)聯(lián)系起來,都能描述圖形數(shù)據(jù)的拓撲關系,也都能處理非圖形屬性數(shù)據(jù)。它們的主要區(qū)別是:AutoCAD處理的對象多為規(guī)則幾何圖形及其組合,它的圖形功能尤其是三維圖形功能極強,屬性庫功能則相對要弱,一般采用的是幾何坐標系;而ArcGIS處理的多為自然目標,有分維特征(海岸線、地形等高線等),因而圖形處理的難度較大。ArcGIS的屬性庫內(nèi)容結(jié)構(gòu)復雜,功能強大,圖形屬性的相互作用十分頻繁,且多具有專業(yè)特征。

從表1的分析數(shù)據(jù)可以看出AutoCAD數(shù)據(jù)格式地形圖要素的表現(xiàn)形式有多種,而且其面狀地物(如建筑物、水系)也不一定完全閉合,線狀地物(如道路、陡坎等)碰到軟地物(如高程點、漢字注記)有斷開;獨立符號、漢字注記表示不是很清晰,不能滿足GIS要求,因此大部分的空間數(shù)據(jù)仍需要重新編輯,有的需程序處理,有的需人工干預。

表1 AutoCAD數(shù)據(jù)與ArcGIS數(shù)據(jù)對地物的表達方式的比較

3 CAD到GIS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一般方法

在完成 CAD圖形數(shù)據(jù)的檢查、修改之后,即要進行AutoCAD與ArcGIS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,以建立GIS數(shù)據(jù)庫。

一般來說,不同數(shù)據(jù)格式之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法有兩種:直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換。通常意義上的直接轉(zhuǎn)換是指兩個系統(tǒng)不同數(shù)據(jù)格式之間的直接轉(zhuǎn)換,不借助其他工具。這種方式的效率較高,但首先必須得知道相互轉(zhuǎn)換的兩個系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),因此難度較大。而間接轉(zhuǎn)換則是指不同數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)集之間的轉(zhuǎn)換,通過中間數(shù)據(jù)格式進行,如AutoCAD的DXF、ArcView的Shape、MapInfo的MIF格式等。通過交換格式可以實現(xiàn)不同軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,但是由于缺乏對空間對象統(tǒng)一的描述,不同數(shù)據(jù)格式描述空間對象時采用的數(shù)據(jù)模型不同,因而轉(zhuǎn)換后不能完全準確地表達原數(shù)據(jù)的信息,經(jīng)常性地造成一些信息丟失,而且用戶必須詳細地掌握交換格式的細節(jié)及應用系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的細節(jié)時,才能進行轉(zhuǎn)換程序的設計工作,對用戶的編程能力及工作量要求都很高,不利于無縫GIS快速獲取多源數(shù)據(jù)。在CAD與GIS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時,其轉(zhuǎn)化方式也是這兩種,但在此界定直接轉(zhuǎn)換與間接轉(zhuǎn)換的標準是指CAD與GIS二者之間是否通過特制程序接口進行相互轉(zhuǎn)換、讀寫[3]。

4 公共安全應急平臺中從AutoCAD到ArcGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的解決方法

本文主要采用兩種轉(zhuǎn)換方案,即商用軟件工具轉(zhuǎn)換方案和自行編程轉(zhuǎn)換方案。軟件工具轉(zhuǎn)換,是通過某一制圖系統(tǒng)軟件的轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出的功能菜單選項來實現(xiàn)。自行編程轉(zhuǎn)換是使用計算機程序語言(如VB,VC,C#等)自行編輯程序,并通過運行程序來實現(xiàn)。

4.1 商用軟件工具轉(zhuǎn)換方案實例分析

首先對地形圖在AutoCAD中進行整理后,運用現(xiàn)有的商用軟件ArcGIS的工具進行轉(zhuǎn)換。圖1為在AutoCAD中的地形圖,經(jīng)過轉(zhuǎn)換后得到圖2。圖3為面圖層,圖4為線圖層?？梢钥闯稣w效果較好,經(jīng)過整理后轉(zhuǎn)換得到的并沒有要素的丟失,但是仍然存在很多問題:首先,在轉(zhuǎn)換后的線圖層中除了提取線狀物外,面狀物的邊緣也當成線提取到線圖層中(如圖4)。其次,雖然軟件提取出了屬性數(shù)據(jù),但是沒有將屬性自動匹配并放入ArcGIS屬性表中,還需要人工進行匹配工作,這樣就增加了工作量。

4.2 自行編程轉(zhuǎn)換方案

用商業(yè)軟件工具轉(zhuǎn)換方案時,需要大量的手工處理,如在CAD中進行圖形檢查,需要人工重新分層及提取有用圖層,進一步對CAD數(shù)據(jù)進行整理。而這些也可以通過編程實現(xiàn),雖然通過編程不能全部將有用信息提取出來或進行非常好的無縫轉(zhuǎn)換,但是可以將一些繁瑣的工作通過編程使計算機自動實現(xiàn)。

本方案的主要原理是:通過C#語言編程建一個數(shù)據(jù)庫,通過此庫可對CAD圖進行數(shù)據(jù)提取,分層及剔除冗余數(shù)據(jù)進而提取出有用信息并對其進行整理,使其符合GIS的數(shù)據(jù)組織要求。從而可將數(shù)據(jù)更好地無縫轉(zhuǎn)換到GIS中。圖5為程序流程圖。

圖6為利用編程提取出的線圖層,從圖6可以看出,自行編程可以解決利用軟件工具轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的面的邊緣提取到線圖層中的問題,可以很好地將線要素提取出來,剔除了面要素的邊緣,很好的解決了數(shù)據(jù)冗余問題。

其次,在編程的過程中利用設置緩沖區(qū),實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與地物的匹配問題(如圖7)。從而,大大地減少了工作量,將可以批處理的工作全都由計算機處理,當然這種匹配不能完全地實現(xiàn)所有的匹配工作,仍需人工檢查,部分屬性還需人工處理。

圖7 匹配的要素屬性表

5 結(jié) 論

在公共應急平臺中,多數(shù)空間數(shù)據(jù)來自Auto-CAD,CAD到ArcGIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法,間接轉(zhuǎn)換法效果優(yōu)于直接轉(zhuǎn)換法,且間接轉(zhuǎn)換法還有很大的研究前景與改進潛力。

本文還提出了利用間接法轉(zhuǎn)換的兩種方案,從實例可以看出,利用商用軟件工具轉(zhuǎn)換方案在CAD改進數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)方面工作量巨大。故利用編程實現(xiàn)方案更能提高工作效率,改進轉(zhuǎn)換技術,可根據(jù)應急平臺的空間數(shù)據(jù)需要提取有用的空間數(shù)據(jù),方式較靈活且大大地減少了作業(yè)人員的工作量,具有良好的應用前景。

[1] 徐志勝,馮 凱,徐 亮,等.基于GIS的城市公共安全應急決策支持系統(tǒng)的研究[J].安全與環(huán)境學報,2004,4(6):82-85.

[2] 周小成,焦道振.基于GeodataBase的CAD數(shù)據(jù)到GIS的解決方案[J].測繪與空間地理信息,2005,28(1):29-32.

[3] 張雪松,張友安,鄧 敏.AutoCAD環(huán)境中組織GIS數(shù)據(jù)的方法[J].測繪通報,2003(11):45-48.